Proteção Contra Descargas Atmosféricas em Projetos Elétricos

PROJETOS ELÉTRICOS Vinicius Puglia 2 4 PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Apresentação Olá estudante esse é o bloco responsável por tratar de assuntos que se referem à segurança nas instalações principalmente no que se refere a descargas atmosféricas De início iremos abordar as hastes de pararaios evidenciando suas funções e tipos que encontramos Em seguida abordaremos o tema do aterramento elétrico onde veremos a respeito desta função nas instalações elétricas e as respectivas formas de ligação Por fim será abordado de maneira mais factível um caso real de um projeto SPDA onde será possível ver como funciona a documentação de um laudo assim como apresentar os principais pontos dos elementos que compõe o SPDA 41 Pararaios Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT NBR 541901 2001 o pararaios tem como objetivo encaminhar a energia do raio desde o ponto que ele atinge a edificação até o aterramento o mais rápido e seguro possível O pararaios foi inventado por Benjamin Franklin no ano de 1752 que ao realizar uma perigosa experiência manipulando um fio de metal para empinar uma pipa de papel constatou que a carga elétrica dos raios descia pelo artefato Demonstrou também que hastes de metal quando em contato com a superfície terrestre poderiam desempenhar a função de condutores elétricos surgindo dessa forma o pararaios De acordo com Ferreira 2014 pararaios é o tipo mais comum de proteção usada contra as descargas atmosféricas sendo uma haste de metal pontiaguda interligada a cabos de cobre ou mesmo de alumínio de baixa resistividade que são levadas até o solo Suas pontas têm como objetivo atrair os raios uma vez que o raio é atraído ele é desviado até o solo através dos cabos sendo dissipado no solo de forma que não cause nenhum dano na instalação Esses pararaios devem ser colocados no ponto mais alto da estrutura facilitando assim a atração da descarga atmosférica 3 No intuito de encontrar o raio de abrangência de um pararaios é preciso ter a metragem da altura da ponta do pararaios até o solo h multiplicando pela raiz quadrada de três como na fórmula a seguir Alcance h 3 Vale ressaltar que não é função do sistema de pararaios realizar a proteção de equipamentos eletroeletrônicos pois mesmo uma descarga captada e conduzida a terra com segurança é capaz de produzir uma forte interferência eletromagnética capaz de danificar determinados equipamentos 411 Tipos de pararaios Existem alguns métodos no emprego do pararaios dentro de um SPDA Os mais comuns são o método de Franklin e o de Faraday Além desses temos também o Método Eletrogeométrico Esferas Rolantes No caso do método de Franklin conhecido como Método do Ângulo de Proteção ele parte do princípio do qual a ponta do pararaios protege o volume de um cone abaixo dele de modo a formar um ângulo α com a vertical como vemos na imagem abaixo Este método é recomendado para edifícios residenciais de até 20 Andares ou até 60m de altura em média Fonte Silva 2018 Figura 41 Método do Ângulo de Proteção 4 Já o método de Faraday conhecido como Método das Malhas idealizado por Michael Faraday sua afirmação se dava no princípio de que no interior de uma estrutura envolvida por uma superfície metálica quando eletrizada seu campo eletromagnético é nulo Neste método é necessário posicionar no perímetro da parte superior da edificação captores espaçados com as respectivas descidas formando uma espécie de gaiola como vemos na imagem abaixo que representa este modelo Tendo seu uso recomendado para edificações que possuam grandes alturas Fonte terzuku via Shutterstock Figura 42 Método das Malhas Gaiola de Faraday Quanto aos principais tipos de captores que encontramos no mercado temos Captores do Tipo Franklin Dentre os três é o mais comum são sustentados por uma haste metálica possuindo quatro pontas no topo É usado no método do Ângulo de Proteção porém também podem ser utilizados no método eletrogeométrico 5 Fonte OkayNonthanakorn via Shutterstock Figura 43 Haste tipo Frankiln Captores Melsen Também conhecido como Minicaptores são hastes que medem 50 cm de altura e são instaladas num espaçamento de cinco ou oito metros Estes captores não são primordiais no método das malhas entretanto sua utilização é recomendável por evitar o desgaste térmico dos cabos em decorrência da incidência direta dos raios Fonte Santil Link httpswwwsantilcombrprodutoterminalaereo38x300mmaluminio paratec2897708 Figura 44 Minicaptores 6 Captores Radioativos Sua aparência se dá por meio de discos sobrepostos diferentemente das hastes pontiagudas comumente vistas Meados da década de 70 a 80 estes captores eram muito usados como alternativa à haste de Franklin O material contido na composição desses captores é na maioria das vezes o Radioisótopo Amerício 241 que possui um baixo risco de irradiação mas conta um alto risco de contaminação com o contato com a fonte se tornando assim proibido desde 1989 Fonte JA Pararaios Link httpswwwjapararaioscombrpararaioradioativo Figura 45 Captores Radioativos 7 42 Aterramento elétrico O aterramento elétrico consiste em uma medida de segurança capaz de garantir o funcionamento seguro dos equipamentos conectados à rede elétrica por meio da conexão dos circuitos da instalação ao solo com o objetivo de dissipar correntes de fugas a um local adequado A Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT define o aterramento como colocar instalações e equipamentos no mesmo potencial da terra Assim em casos de uma fuga de corrente elétrica a eletricidade tende a ir para o menor potencial a terra que tem o potencial próximo de zero Assim é possível proteger equipamentos e vidas que estejam próximo ao equipamento Para esclarecer o porquê da necessidade do aterramento elétrico podemos classificar em quatro tópicos de acordo com sua funcionalidade veja i Promove a proteção das pessoas que estão próximas ao equipamento O equipamento que goze de um sistema de aterramento evita que as superfícies e carcaças estejam energizadas decorrente de algum curtocircuito sobrecargas ou surtos ii O aterramento elétrico simplifica o processo de desligamento automático de equipamentos de proteção como o disjuntor por exemplo de forma mais rápida iii O aterramento também é um equipamento primordial em projeto de SPDA representando a parte final do sistema responsável por direcionar as correntes para terra iv O aterramento por fim atua no controle de tensões na iminência de um curto circuito faseterra retornando da terra para a fonte mais próxima o sistema de aterramento viabiliza o controle das tensões desenvolvidas no solo Atualmente encontramos dois tipos de aterramento elétrico O primeiro é aquele que protege os equipamentos e circuitos da instalação por meio do aterramento da rede 8 elétrica Enquanto o segundo tipo é aquele que compõe o SPDA dando o caminho correto para as descargas atmosféricas Vale ressaltar que os dois aterramentos podem coexistir em uma instalação porém não podem ser ligadas juntas separando assim um aterramento do outro Se tratando das hastes de aterramento ou eletrodos seu comprimento pode variar de 15 m a 4 m dependendo das características da instalação A NBR 13571 é a responsável por definir os requisitos mínimos para hastes de aterramento de aço cobreadas assim como seus respectivos acessórios como o conector de aterramento e a luva de emenda Veja a imagem de um eletrodo de aterramento com seus pontos Fonte Junior 2013 apud Oliveira 2018 Figura 46 Eletrodo de aterramento Encontramos também outras classificações dos aterramentos elétricos como os de proteção e os funcionais sendo os principais No caso do aterramento funcional ocorre a ligação à terra de um dos condutores vivos do sistema em geral o neutro com a finalidade de definir e estabilizar a tensão da instalação em relação à terra durante o funcionamento Ela também limita as sobretensões devido as manobras descargas atmosféricas e contatos acidentais com linhas de tensão mais elevada por fim é 9 responsável pelo fornecimento de um caminho de retorno da corrente de curto circuito monofásica ou bifásica à terra ao sistema elétrico Se tratando do aterramento de proteção seu funcionamento é dado com a ligação à terra das massas massa é qualquer corpo condutor de eletricidade que não tenha necessariamente função elétrica no circuito sendo normalmente conectado à terra por motivos de segurança e dos elementos condutores estranhos à instalação com a finalidade de limitar o potencial entre massas e elementos condutores estranhos à instalação e a terra em um valor resoluto sob condições normais e anormais de funcionamento Além do mais proporciona as correntes de falta um caminho de retorno para terra de baixa impedância de maneira que o dispositivo de proteção possa atuar de forma adequada Dentro destas classificações de funcional e de proteção temos 3 principais tipos de esquemas de aterramento classificados em função do aterramento da fonte de alimentação seja um transformador ou gerador e das massas das quais são apresentados pela simbologia TN TT e IT TN Onde T um ponto diretamente aterrado N massas sem um aterramento próprio no local mas que utilizam o aterramento da fonte de alimentação por meio de um condutor separado PE ou condutor neutro PEN Nesse esquema um ponto da alimentação em geral o neutro é diretamente aterrado e as massas dos equipamentos elétricos são ligadas a esse ponto através de condutor metálico Neste esquema encontramos 3 variações TN C TN S e TN CS Veja na imagem abaixo o esquema TN CS onde há uma interligação entre o condutor neutro e de proteção em um único condutor e em uma parte da instalação 10 Fonte Mattede 2014 Link httpswwwmundodaeletricacombraterramentoeletricotiposeusos Figura 47 Esquema TN CS TT Onde T um ponto diretamente aterrado T massas diretamente aterradas independentemente do eventual aterramento da alimentação Neste esquema o ponto da alimentação normalmente o enrolamento secundário do transformador com seu ponto neutro é aterrado de forma direta e as massas da instalação estão ligadas ao eletrodo de aterramento de maneira que independe do eletrodo de aterramento da alimentação Fonte Mattede 2014 Link httpswwwmundodaeletricacombraterramentoeletricotiposeusos Figura 48 Esquema TT 11 IT Onde I nenhum ponto aterrado ou aterramento através de impedância razoável T massas diretamente aterradas independentemente do eventual aterramento da alimentação Nesse esquema não há ponto da alimentação diretamente aterrado Este ponto está isolado da terra a ou mesmo aterrado através de uma impedância Z de valor elevado b As massas são conectadas à terra mediante ao eletrodo de aterramento Fonte Mattede 2014 Link httpswwwmundodaeletricacombraterramentoeletricotiposeusos Figura 49 Esquema IT 43 Projeto SPDA O principal objetivo de um Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas SPDA é evitar a incidência direta de raios na estrutura de determinada instalação por meio do estabelecimento de pontos preferenciais de ocorrência para as descargas que possivelmente atinjam a estrutura na ausência do mesmo Tudo isto regido de acordo com a NBR 5419 Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas A norma prevê a obrigatoriedade da edificação ter o laudo comprovando a qualidade e assegurando a funcionalidade do pararaios e sua estrutura A norma NBR 54192005 prevê a validade deste laudo de 1 ano para instalações contendo munição ou 12 explosivos locais expostos à corrosão atmosférica severa regiões litorâneas ambientes industriais com atmosfera agressiva etc ou ainda estruturas pertencentes a fornecedores de serviços considerados essenciais energia água sinais etc E prevê a validade de três anos para as demais estruturas seja condomínios prédios comércios e indústrias que não se encaixam na descrição acima A partir dos projetos elaborados com base em disposições das normas que regem tais projetos tornam a instalação eficiente e confiável Porém tal eficiência dificilmente alcançará 100 de eficácia estando assim sujeito a falhas de proteção As falhas mais comuns que costumam acontecer variam desde a destruição de pequenos trechos do revestimento de fachadas quinas da edificação até alguns trechos de telhados VISACRO 2005 Veja o caso de um laudo realizado em um condomínio da zona sul de São Paulo pela empresa MKSZ Engenharia e Sanchez Engenharia A edificação em questão se enquadra no nível de proteção tipo II Nível este voltado para edifícios comerciais bancos teatros museus locais arqueológicos hospitais prisões casas de repouso escolas igrejas e áreas esportivas A instalação atual conta atualmente com o SPDA do tipo misto com tipo haste de Franklin instalado sob a caixa dágua e gaiola de Faraday circundando toda a edificação com equipotencialização de todas as estruturas metálicas equipamentos instalados e que compõe a estrutura das coberturas Veja abaixo a condição da haste em questão 13 Fonte Autor 2022 Figura 410 Haste tipo Franklin no topo da edificação No caso da estrutura em questão é possível observar o bom estado da haste e os anéis captores que o cercam e descem para o nível inferior Veja a próxima imagem a respeito da instalação Fonte Autor 2022 Figura 411 Haste tipo Franklin com ligação ao anel captor Nesta imagem podemos comprovar a ligação da haste nas cordoalhas do anel captor Assim podemos aprovar mais uma etapa da instalação do SPDA Na imagem a seguir 14 podemos ver novamente o anel captor no nível inferior correspondendo com suas respectivas descidas formando a gaiola de Faraday Fonte Autor 2022 Figura 412 Ligações nos níveis inferiores E para fechar resumidamente a inspeção do sistema é hora de checar as caixas de inspeção distribuídas pelo condomínio veja uma delas Fonte Autor 2022 Figura 413 Caixa de inspeção 15 Atestando então que as caixas de inspeção estão de acordo com a norma vigente assim o laudo pode ser emitido e aprovado mediante assinatura de um engenheiro qualificado e devidamente inscrito no CREA que é o órgão regulador da engenharia Vale ressaltar que este é o resumo da execução de um laudo pois ele tende a ser bem denso e minucioso em sua inspeção tendo ao final uma conclusão a respeito dos valores ôhmicos encontrados A norma NBR 54192015 diz que devese obter a menor resistência de aterramento possível compatível com o arranjo do eletrodo a topologia e a resistividade do solo no local não tendo mais a obrigatoriedade de não exceder os 10 ohms Conclusão Esse bloco foi responsável pela apresentação dos componentes que se referem principalmente à segurança contra descargas atmosféricas que conhecemos popularmente como raios O pararaios é um dos principais componentes de um projeto SPDA responsável por atrair essas descargas atmosféricas No segundo tema vimos a respeito desta parte final da descarga atmosféricas conceituandonos no tocante a dissipação desta corrente na terra por isso o nome de aterramento elétrico Para finalizar concluímos propriamente com o projeto que reúne estes principais pontos começando pelo pararaios no topo da edificação passando pelas cordoalhas e anéis de descida chegando até o sistema de aterramento responsável por lançar toda esta energia em um local seguro de forma que apresentamos um estudo de caso real a fim de que tenha uma melhor noção de um laudo SPDA 16 REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT NBR 541901 Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas Rio de Janeiro 2001 FERREIRA L C BILESK L R Sistema de proteção contra descargas atmosféricas SPDA nas edificações Revista Científica Eletrônica de Ciências Aplicadas da FAIT 2014 SILVA J LEMOS N RAMOS W MENDES E Modelo didático para SPDA Tipo Franklin Revista do CEDIS nº8 2018 Disponível em httpsouundbedubrpublicpublicacoesmodelodidaticoparaspdatipo franklinjulianabreunataliaalveswellyngtonsouzaeeduardomendespdf Acesso em 18 maio 2022 SHUTTERSTOCK Gaiola de Faraday Disponível em httpswwwshutterstockcomptimagevectorfaradaycagephysics experimentelectricitytesla2003660732 Acesso em 18 maio 2022 SHUTTERSTOCK Haste tipo Franklin Disponível em httpswwwshutterstockcomptimagephotolightningrodsoftsky backgroundwarm315402311 Acesso em 18 maio 2022 SANTIL Minicaptor Disponível em httpswwwsantilcombrprodutoterminalaereo38x300mmaluminio paratec2897708 Acesso em 18 maio 2022 JA Pararaios Captores Radioativos Disponível em httpswwwjapararaioscombrpararaioradioativo Acesso em 18 maio 2022 VISACRO F S Descargas atmosféricas uma abordagem de engenharia 1 ed São Paulo Artiber 2005 272p 17 OLIVEIRA W S de Metodologia para dimensionar um sistema de aterramento elétrico um estudo de caso Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Banca examinadora do curso de Engenharia Elétrica da FATECS Faculdade de Tecnologia e Ciências Sociais Aplicadas Centro Universitário de Brasília Brasília DF 2018 Disponível em httpsrepositoriouniceubbrjspuibitstream23512384121365311p df Acesso em 18 maio 2022 MATTEDE H Aterramento elétrico tipos e usos Conceitos da eletricidade Mundo da Elétrica 2014 Disponível em httpswwwmundodaeletricacombraterramentoeletricotiposeusos Acesso em 18 maio 2022 REFERÊNCIAS COMPLEMENTARES GEBRAN A P RIZZATO F A P Instalações elétricas prediais Porto Alegre Bookman 2017 ebook Minha Biblioteca KANASHIRO N M NERY N Instalações elétricas industriais 2 ed São Paulo Érica 2014 ebook Minha Biblioteca SAMED M M A Fundamentos de instalações elétricas 1 ed Curitiba InterSaberes 2017 ebook Pearson